Особенности тестирования и отчетов наушников в Reference Audio Analyzer
Отсутствие влияния усилителя на результат
В полученных АЧХ наушников отсутствует влияние усилителя. Это достигается за счет использования специального усилителя с нулевым полным выходным сопротивлением (отчеты наушников с 2015 года), либо применением компенсации АЧХ исходя из взаимодействия импедансов наушников и используемого усилителя во время теста (отчеты наушников до 2015 года).
Для оценки АЧХ с часто встречающимися характеристиками усилителей приводятся соответствующие дополнительные графики.
Расчет АЧХ от взаимодействия с типовыми усилителями
Благодаря регулярным измерениям большого количества наушников и усилителей среднестатистически были определены типовые характеристики усилителей. В стандартном отчете приводятся дополнительные графики конечной АЧХ наушников, как если бы наушники были измерены с участием типовых усилителей.
В отчеты включены:
- АЧХ наушников в зависимости от согласования импеданса и выходного сопротивления усилителя при типовых значений с постоянным внутренним сопротивлением
- АЧХ наушников в зависимости от согласования импеданса и выходного сопротивления усилителя с нулевым сопротивлением с повышением сопротивления в области низких частот
АЧХ с трехоктавным сглаживанием
При построении АЧХ из импульсной характеристики используется трехоктавное сглаживание.
Среди аудиофилов бытует мнение, что дополнительное сглаживание скрывает очень важную информацию и снижает точность данных. На практике трехоктавное сглаживание необходимо для устранения интерференции волн, вызванных «точечным» микрофоном. Из-за интерференции волн образуются пики и провалы, частоты которых зависят исключительно от посадки и совершенно не слышимы субъективно. Требование применять трехоктавное сглаживание содержится в стандартах IEC 60268-7 и ГОСТ 28278-89.
Интерес к АЧХ без сглаживания зачастую продиктован желанием выявить резонансы, но неравномерность АЧХ лишь дает предположения о их наличии и не дает данных о том, является ли на данной частоте естественный быстроспадающий резонанс или это проблемный долгозатухающий резонанс.
Если в тестировании акустических систем в свободном поле неравномерность всегда подразумевает паразитный резонанс, то наушники изначально расположены на стенде с малым закрытым объемом и неизбежной внутренней реверберацией.
Естественная посадка наушников
Т.к. стенды представляют собой подобие реальной человеческой головы, то посадка наушников максимально естественная.
Дополнительный прижим для накладных и полноразмерных наушников применяется только при неплотной посадке наушников, когда виден явный зазор между амбушюром и поверхностью стенда и при этом не должен быть при естественном расположении на голове человека.
Тестирование с частотой дискретизации 192 кГц
Измерения делаются с частотой дискретизации 192 кГц. Используется усилитель с нулевым сопротивлением, благодаря чему не требуется компенсация влияния АЧХ от импедансов наушников и усилителя.
При обычном тестировании в 44/48 кГц количество координат не дает возможности построить точную импульсную характеристику и может содержать лишние колебания от цифрового фильтра в ЦАП (так называемый звон). При тестировании импульсом с частотой дискретизации 192 кГц «звон» находится на частоте 96 кГц и вчетверо короче по продолжительности, что делает его визуально совершенно незаметным. Дополнительно при построении ваттерфолов до 45 кГц, влияние «звона» не попадет в тестируемый звуковой диапазон.
Благодаря тестированию в режиме 192 кГц при визуальном построении импульса нет необходимости в выборе алгоритмов аппроксимации волны, количество координат изначально избыточно. В режиме 44/48 кГц это представляет проблему, т.к. при выборе плавного соединения координат теряется его «резкость», а при прямом соединении координат велика вероятность существенного смещения пиков по высоте и временной области.
Источник
Что означают буквы в названии наушников?
Буквенный префикс в наименовании головных мониторов указывает на конструктивные особенности и некоторые технические детали модели. Вот пример умной маркировки наушников фирмы Sennheiser:
- CX, а также серия IE — внутриканальные наушники;
- MX — вставные наушники;
- HD — классические с оголовьем;
- RS — беспроводные, в комплекте база и наушники;
- HDR — дополнительная пара беспроводных наушников;
- OMX — вставные с креплением типа «крюк»;
- OCX — внутриканальные с креплением типа «крюк»;
- PMX — накладные или вставные с затылочной дугой;
- PXC — линейка наушников с системой активного шумоподавления;
- PC — компьютерные гарнитуры;
- HME — модели гарнитур, предназначенные для пилотов и экипажей самолетов и вертолетов.
Если в конце названия модели вы встретите индекс «i», то перед вами наушники способные работать с гаджетами Apple.
Что значит сопротивление в наушниках?
На что влияет сопротивление или что такое импеданс в наушниках? Данный технический параметр означает следующее: чем больше сопротивление (импеданс) наушников, тем более мощный должен быть входящий сигнал, чтобы раскачать мембрану.
Таким образом для плееров и других портативных гаджетов приемлемое сопротивление наушников составляет 16-50 Ом. Более мощным наушникам с импедансом от 250 Ом потребуется источник звука мощнее обычного плеера, конечно они будут работать и от стандартного плеера, но мощного звука вы не получите.
Существует следующая закономерность, чем выше сопротивление, тем четче и чище звук. Поэтому низкоомные наушники могут передавать звук с искажением, а высокоомные не достаточно громко при невысокой мощности источника исходящего сигнала.
Хорошим выбором для портативного плеера и компьютера станут наушники с импедансом 32-80 Ом. Для более профессиональной работы в студии и т.п, сопротивление наушников может быть от 200 Ом и выше с использованием усилителей звука.
При выборе наушников, например для плеера учитывайте его мощность, на наушники с каким сопротивлением он рассчитан. Обычно портативные гаджеты предназначены для работы с низкоомными головными мониторами с сопротивлением в 32 Ом.
Тайна цифр
Представим, что вы решились на приобретение новой модели наушников. Вопрос бюджета отставим в сторону, поскольку толщина кошелька у каждого покупателя своя
Сразу же обратим внимание на характеристики
Внимательный покупатель наверняка обращал внимание на ряд непонятных физических характеристик, нанесенных на красивую коробку. Ниже приведена фотография с вырезками трех различных моделей наушников известных брендов:
На что обратить внимание при покупке? Итак, перед нами три модели с различными характеристиками:
Характеристики модели А:
Frequency Response – Диапазон воспроизводимых частот: 10 Hz – 20 kHz;Impedance – Сопротивление: 22 OHM;SPL – Уровень громкости: 111 dB (+/- 3 dB);
Характеристики модели B:
Frequency Response – Диапазон воспроизводимых частот: 5 Hz – 40 kHz;Impedance – Сопротивление: 32 OHM;SPL – Уровень громкости: 102 dB (+/- 3 dB);
Характеристики модели C:
Frequency Response – Диапазон воспроизводимых частот: 5 Hz – 35 kHz;Impedance – Сопротивление: 250 OHM;SPL – Уровень громкости: 96 dB (+/- 3 dB);
Частотный диапазон. Все три модели имеют абсолютно различные числовые характеристики. Наша же задача: определить, какие наушники будут чувствовать себя комфортнее с портативным плеером или смартфоном. Самый широкий диапазон воспроизводимых частот у модели B: от 5 Гц до 40 кГц (при том, что человеческое ухо воспринимает диапазон всего от 16 до 20 000 Гц). Таким образом, частотный диапазон всех трех моделей устроит любого, даже самого взыскательного слушателя. При выборе наушников средней ценовой категории этот параметр не является определяющим, а носит скорее маркетинговый характер.
Сопротивление. Вот тут то мы и дошли до самого интересного: все три модели кардинально отличаются друг от друга. Давайте разберемся, на что же влияет показатель импеданса и какое оптимальное значение сопротивления для использования в паре со смартфоном?
Все наушники разделяются на две категории: низкоомные и высокоомные, причем градация этого деления напрямую зависит от их типа. Так, полноразмерные наушники, с импедансом до 100 Ом считаются низкоомными; выше 100 Ом – высокоомными. Наушники внутриканального типа («затычки» или вкладыши) с показателем сопротивления до 32 Ом – низкоомные; выше 32 ОМ – высокоомные.
В акустическом мире полноразмерных колонок и динамиков все просто: есть колонка на 30 Ватт с сопротивлением в 8 Ом. Подключаем к левому и правому каналу соответствующий 8-омный усилитель и наслаждаемся громким звуком. Ситуация с наушниками намного сложнее и запутаннее. Только в приведенном выше примере мы столкнулись с тремя сопротивлениями:
- модель A – 22 Ома;
- модель B – 32 Ома;
- модель С – 250 Ом.
На вопрос: какие наушники лучше всего подойдут к смартфону, рядовой покупатель уверенно ответит, что лучшая модель – модель с минимальным сопротивлением. «Низкоомные наушники, в связке со смартфоном, будут звучать громче, а для высокоомных нужен отдельный мощный усилитель», – вот общепринятое утверждение продавца-консультанта среднестатистического магазина электроники. «Садитесь, пока что двоечка», – сказал бы мой школьный преподаватель по физике и вот почему.
В тот момент, когда вы увеличиваете громкость воспроизведения музыки, на выходном сигнале меняется не уровень мощности, а напряжение. И лишь напряжение напрямую влияет на мощность. Для этого из школьного курса физики достаточно вспомнить две простых формулы закона Ома:
Таким образом, для определения того, какие же наушники будут играть ГРОМЧЕ, а громкости каких в условиях использования исключительно смартфона будет недостаточно, следует обращать внимание не только на показатель сопротивления самих наушников, но и на максимальный уровень напряжения, которое выдает порт миниджек вашего смартфона или плеера. С этим показателем практически все производители электроники не спешат нас знакомить
Узнать четкий вольтаж на выходе миниджека можно, как правило, только по схемам устройства, найти которые нелегко.
Сопоставлять две разных модели по громкости следует не по уровню мощности, а по уровню потребляемого напряжения. Чувствительность наушников с меньшим сопротивлением больше, чем у высокоомной модели. Но как это отражается на времени автономной работы смартфона?
Понятно, а что мне выбрать-то?
Для работы в офисе лучше подойдут полноразмерные или накладные наушники закрытого типа с активным шумоподавлением. Они позволят максимально отключиться от мира и сосредоточиться на работе. Если любите слушать музыку, пока кодите, выбирайте открытые наушники: звук будет более объёмным и отчётливым.
Микрофон на кронштейне подойдёт тем, кто постоянно на звонках: лучше звук и меньше окружающих шумов. Если микрофон направленный и с высокой чувствительностью, голос будет слышен лучше, что позволит говорить тише. Ненаправленные микрофоны имеют высокую чувствительность, поэтому улавливают посторонние звуки. Если сидите в шумном офисе — не подойдут.
Если часто слушаете музыку, обязательно обратите внимание на технические характеристики
Импеданс важно учитывать при подключении к разным устройствам: от него зависит громкость. Для мобильных гаджетов достаточно наушников с импедансом до 100 Ом, для ноутбуков и компьютеров — до 250 Ом
Наушники с более высоким значением обычно используются профессионалами в музыкальной сфере. Однако импеданс лучше подбирать в совокупности с чувствительностью. Чем выше оба этих значения, тем более громкий и чёткий звук будет в наушниках. Хорошие наушники имеют чувствительность от 100 дБ и выше
Для мобильных гаджетов достаточно наушников с импедансом до 100 Ом, для ноутбуков и компьютеров — до 250 Ом. Наушники с более высоким значением обычно используются профессионалами в музыкальной сфере. Однако импеданс лучше подбирать в совокупности с чувствительностью. Чем выше оба этих значения, тем более громкий и чёткий звук будет в наушниках. Хорошие наушники имеют чувствительность от 100 дБ и выше.
Диапазон частот от 20 Гц до 20 кГц считается оптимальным. Если нижний диапазон выше, в звуке не хватает басов. Если срезан верхний диапазон, недостаток верхних частот ослабит звучание инструментов и вокала.
Полноразмерные и накладные наушники бывают с динамическим или изодинамическим излучателем. Динамический может быть несовершенен, но у качественных моделей найти недостатки способен только искушённый аудиофил с тонким слухом. Изодинамический выдаёт звук без искажений, но он в разы дороже.
Беспроводные гарнитуры удобнее из-за отсутствия кабелей, но тяжелее, требуют подзарядки, зачастую у них хуже микрофон. Кроме того, многие наушники имеют дополнительные функции, такие как регулятор громкости, объёмное звучание, вызов голосового помощника или отключение микрофона нажатием отдельной кнопки.
Оптимальные значения импеданса для использования с различными устройствами
Чтобы приобрести приборы с хорошим диапазоном звукового воспроизведения, необходимо учитывать значения сопротивления. Чувствительность приборов с большим сопротивлением меньше, чем у низкоомных моделей. Поэтому время автономной работы технических устройств при использовании наушников с разным импедансом не совпадает. Рассмотрим оптимальные значения уровня потребляемого электрического напряжения для различных аппаратов.
- Смартфон. Номинальное сопротивление для лучшего звучания наушников подойдет низкоомное (например, 22 Ом). В данном случае устройства, помимо хорошего звука, будут потреблять и больше тока. Чтобы на смартфоне музыку можно было воспроизводить дольше, выбирают 32-омную модель. При использовании устройств с iPhone подойдут модели со стандартными частотными звуковыми диапазонами в 22-32 Ом. Наушники-мониторы нецелесообразно применять без вспомогательных аксессуаров: портативного усилителя, аудиоплеера с мощной звуковой картой.
- Плеер. Наиболее оптимальное сопротивление наушников для стандартного устройства – 16 Ом. Если аудиоплееры имеют более мощный выход (Hidisz или iHiFi), который обеспечивает уровень по электрическому напряжению больше 200 мВ, выбирают менее чувствительные устройства с импедансом в 32 Ом. Такие приборы уменьшают потребление тока и увеличивают время автономной работы.
При выборе прослушивающей техники учитывают следующие моменты:
- в реальности однодрайверные арматурные девайсы (Grado GR10, различные модели Klipsh, Etymotic) имеют среднее сопротивление выше, поэтому с ними аудиоплееры и смартфоны работают продолжительное время без подзарядки;
- многодрайверная динамическая и арматурная техника обладает меньшим средним сопротивлением, поэтому смартфоны или плеера функционируют без подзарядки мало времени.
Импенданс различных типов наушников
Сопротивление внутриканальных наушников
Полноразмерные динамические наушники
В полноразмерных наушниках динамического типа довольно часто встречается неравномерная кривая импеданса с минимальным подъемом в области высоких частот и с локальным подъемом на низких частотах. Сопротивление может равняться 32 Ом на 0 Гц (без учета реактивной составляющей), но, как показывает практика, на определенных частотах его значение может быть вдвое больше.
Сопротивление полноразмерных динамических наушников
Неравномерности (подъемы) в кривой импеданса возникают вследствие резонансных явлений, а так же ввиду конструктивных особенностей самого излучателя внутри корпуса наушников. В жизни это выглядит так: наушники лежат на столе — кривая импеданса имеет одни значения, наушники одеты на голове (пространство задемпфировано) — кривая преобразуется в другую.
Сопротивление полноразмерных динамических наушников с ровной кривой
Что интересно, далеко не все динамические наушники имеют заметные отклонения или резонансы. Линия импеданса у некоторых из них условно прямая, но подбирать наушники, исходя из этого принципа, не рекомендуется. Ведь для достижения идеальных значений импеданса производителю приходится жертвовать другими более важными характеристиками.
В динамических наушниках топ-класса встречаются модели как с минимальными, так и со значительными отклонениями кривой импеданса. Если в наушниках наблюдается узкополосный подъем, тогда усилитель должен обладать низким выходным сопротивлением (для контроля низких частот). Соответственно, при значительных подъемах — нужен усилитель с высоким сопротивлением.
Изодинамические (ортодинамические) наушники
Сопротивление изодинамических (ортодинамических) наушников
Характерная черта изодинамических наушников — строго прямая линия импеданса. Формально изодинамические излучатели создают идеальную нагрузку на усилители, однако в области сверхвысоких частот (мегагерцы, гигагерцы) сопротивление некоторых из них стремится к 0. Особо неприятен тот факт, что далеко не все усилители способны работать в таком режиме, а это приводит к значительному ухудшению качества звука. На данный момент выпуском изодинамических наушников занимаются: Oppo, Abyss, Fostex, Audez’e, HiFiMan.
Внутриканальные арматурные наушники
Едва предсказуемо выглядит кривая импеданса во внутриканальных наушниках с излучателем арматурного типа. Так, в однодрайверных моделях есть одна общая черта — локальный подъем на верхней середине(1-3 кГц) и в области высоких частот. Благодаря локальному подъему практически все однодрайверные наушники звучат чисто на высоких частотах.
Сопротивление внутриканальных арматурных наушников
На низкочастотном диапазоне типовое сопротивление — 8, 16, 24 или 32 Ом. Выше 500 Гц на графике наблюдаются подъемы. В случае, если сопротивление внутриканальных арматурных наушников равно 100 Ом на 1 кГЦ — это не значит, что они высокоомные. По показаниям мультиметра их сопротивление может быть всего 16 Ом.
Открытые или закрытые
В свою очередь, полноразмерные гаджеты разделяются на закрытые, полузакрытые и открытые. Какой из них лучше? В закрытом варианте чаши гаджета имеют конструкцию, не пропускающую звуковые волны наружу и внешние шумы внутрь. Обычно они изготовлены из пластика, не имеют никаких отверстий и выглядят достаточно массивно.
Размеры открытых наушников такие же, как и у закрытых. Отличаются они лишь отверстиями на тыльной стороне чаши, через которые звук может выходить наружу, что влияет на восприятие, так как оно становится более реалистичным. Гаджет открытого типа можно рекомендовать для прослушивания музыки.
Полуоткрытый тип гарнитуры является промежуточным вариантом. В ней объединяются все положительные характеристики как закрытого, так и открытого гаджета. Если возникает вопрос, какие наушники лучше купить, то здесь нужно определиться, для чего они будут использоваться
Для игр лучшим выбором будут закрытые, так как в некоторых онлайн играх важно слышать все шорохи
Наушники для музыки – это либо открытый, либо полуоткрытый тип гаджета, который отлично справляется со своей задачей.
На какие параметры влияет импеданс наушников?
Чувствительность
Чувствительность наушников, в основном, приводится к их мощности, и в конечном итоге позволяет получить сразу две характеристики — напряжение и ток. Чувствительность — удобная конечная характеристика для теоретиков, и запутанное понятие для простого потребителя.
Вы наверняка не раз слышали о том, что чувствительность = громкость. Грубо говоря, оно так и есть, однако работает это только с колонками. Так, значение сопротивления колонок указывается в виде 4 и 8 Ом.
В наушниках все сложнее. Чего только стоит 11 различных сопротивлений: 8, 16, 24, 32, 64, 128, 256, 320 и т.д. Ом. Получается, чтобы связь чувствительность = громкость реально работала, чувствительность следует выражать к напряжению, а не к мощности (например, так делают Sennheiser). Большинство производителей наушников вовсе не указывают единицы измерения чувствительности. Отсюда и сложилось ошибочное мнение, что высокоомные наушники — тихие, а низкоомные — громкие.
Чтобы понять, как импеданс влияет на чувствительность возьмем простую школьную формулу:
U=I*R
Затем из нее найдем мощность:
W=I*U, где
W – мощность усилителя на выходе, Вт U – напряжение усилителя на выходе, В I – сила тока, А
Отличным примером служат наушники Beyerdynamic серии DT 770 с разным сопротивлением, в 32, 80, 250 и 600 Ом (часть моделей снята с производства).
У всех наушников единая чувствительность в 96 дБ/мВт, что означает, что если мы подадим на наушники ровно 1 мВт, то уровень звукового давления будет равен 96 дБ SPL.
При 1 мВт для разных моделей нам надо подать разные соотношения напряжения и тока:
| Сопротивление, Ом | 32 | 80 | 250 | 600 |
| Напряжение при 1 мВт, мВ | 179 | 283 | 500 | 775 |
| Ток при 1 мВт, мА | 5,6 | 3,5 | 2 | 1,3 |
Получается чувствительность нужно рассматривать не к мощности, а к напряжению. Лишь в этом случае нам удастся сопоставить наушники по громкости. Соответственно, чем выше будет сопротивление, тем ниже чувствительность.
| Сопротивление, Ом | 32 | 80 | 250 | 600 |
| Чувствительность, дБ/мВт | 96 | 96 | 96 | 96 |
| Чувствительность, дБ/В | 111 | 107 | 102 | 98 |
Длительность работы плеера или смартфона
Чем выше сопротивление наушников – тем дольше будет работать плеер или смартфон без подзарядки, т.к. высокоомные наушники потребляют меньше тока (при условии, что наушники слушаются на «максимуме» независимо от итоговой фактической громкости).
Если вы являетесь обладателем тихого смартфона, то, по большому счету, вы лишены возможности выбора наушников: по чувствительности вам подойдут только низкоомные наушники. Однако, если в вашем распоряжении плеер или смартфон с достаточно мощным выходом — присмотритесь к высокочувствительным низкоомным наушникам или к менее чувствительным, но с более высоким сопротивлением. Замена 16 Ом на 32 Ом снизит потребление энергии на треть.
Результаты графиков показали, что арматурные наушники обладают более высоким средним сопротивлением — с ними плеер или смартфон работает дольше без подзарядки. Многодрайверные наушники, наоборот обладают меньшим средним сопротивлением, из-за чего смартфон или плеер будет, соответственно, работать немного меньше.
Качество звучания
Вы наверняка слышали, что высокоомные наушники выдают более качественный звук, чем низкоомные. Хотя здесь дело вовсе не в наушниках. Просто усилитель посылает меньше тока, что в итоге снижает искажения с его стороны. Однако не стоит воспринимать это правило как догму. Бывают ситуации, когда усилитель работает на напряжении, превышающем его допустимые значения, тогда источником искажений в этом случае является перегрузка по напряжению, а не по току.
На вышеуказанном принципе и строится работа однодрайверных арматурных наушников. Благодаря подъемам на верхних средних и высоких частотах — наблюдается более качественное звучание на тех смартфонах или плеерах, где низкоомные наушники показывают себя не лучшим образом.
АЧХ наушников
Если сопротивление усилителя выше нулевой отметки, то конечная АЧХ будет зависеть от изменений кривой импеданса как наушников, так и усилителя.
Какой дизайн наушников выбрать?
Конструкция наушников также чрезвычайно важен. На рынке вы найдёте открытые, закрытые и полуоткрытые наушники. Первые обеспечивает хорошую циркуляцию воздуха и свободный поток звуков, но при этом меньше гасят звуки, поступающие из окружающей среды. Пользователь будет слышать внешние шумы, а находящиеся рядом люди услышат звуки, издаваемые наушниками. Этот тип наушников подходит для домашнего использования, где количество возможных отвлекающих шумов весьма ограничено.
Закрытые наушники имеют прочный, герметичный корпус, однородные и гладкие оболочки без каких-либо отверстий. Они гарантируют хорошую изоляцию от шума и суеты окружающей среды. Любители музыки смогут слушать свои любимые музыкальные произведения без каких-либо проблем, даже в шумной и неблагоприятной обстановке (например, в трамвае, автобусе или на улице). Однако, эта свобода действий достигается ценой ограниченной вентиляции – в результате уши, при длительном использовании, подвержены раздражению и дискомфорту. Такие наушники очень часто используются профессиональными студиями звукозаписи.
Полуоткрытые наушники сочетают в себе преимущества двух ранее описанных моделей. Это довольно компромиссное решение. Они позволяют воздуху циркулировать и в то же время значительно уменьшают количество звуков, достигающих уха пользователя. Они устраняют эффект отражения акустических волн в мембране благодаря отверстиям, расположенным на внешней стороне корпуса.
Как проводятся измерения наушников
Для тестирования наушников используется специальное производственное оборудование, изготовленное в лаборатории Reference Audio Analyzer .
Стенды в R AA создавались по тем же принципам, что заложены в международный стандарт IEC 60268-7.
Перед проведением измерений стенды проходят обязательную калибровку на чувствительность микрофонов с помощью отдельного шумомера для гарантии точности измерений и повторяемости результата. В качестве звуковых интерфейсов используются надежные и проверенные временем модели со стабильными характеристиками (на текущий момент — E-MU 1616m).
